Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb βρίσκει νερό και μεθάνιο στην ατμόσφαιρα ενός «καυτού Δία»

By | November 25, 2023

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) ανίχνευσε μεθάνιο και υδρατμούς στην ατμόσφαιρα ενός κόσμου που μοιάζει με τον Δία που βρίσκεται περίπου 163 έτη φωτός μακριά.

Οι αστρονόμοι έκαναν την ανακάλυψη χρησιμοποιώντας αυτό το ισχυρό υπέρυθρο διαστημικό τηλεσκόπιο για να παρατηρήσουν τον εξωηλιακό πλανήτη ή “εξωπλανήτηςΤο WASP-80 b περνά από την όψη του ερυθρού νάνου του αστέρα, τον οποίο περιφέρεται περίπου μία φορά κάθε 3 γήινες ημέρες.

Οι αστρονόμοι έχουν ανιχνεύσει υδρατμούς στις ατμόσφαιρες περίπου δώδεκα πλανητών μέχρι στιγμής, αλλά η ανίχνευση μεθανίου -αν και συνήθως βρίσκεται στις ατμόσφαιρες κόσμων του ηλιακού συστήματος όπως ο Δίας, ο Κρόνος, ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας- με τη χρήση διαστημικής φασματοσκοπίας ήταν πολύ μεγάλη. πιο σπάνια. Αυτό έκανε τώρα η ομάδα, συμπεριλαμβανομένων των επιστημόνων του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, Luis Welbanks και Michael Line του School of Earth and Space Exploration, και του ερευνητή του Bay Area Environmental Research Institute (BAERI), Taylor Bell, με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb.

«Αυτή ήταν η πρώτη φορά που είχαμε δει ένα τόσο προφανές φασματικό χαρακτηριστικό μεθανίου με τα μάτια μας σε ένα διερχόμενο φάσμα εξωπλανήτη, όχι σε αντίθεση με αυτό που μπορούσε να δει κανείς στα φάσματα των γιγάντιων πλανητών του ηλιακού συστήματος πριν από μισό αιώνα», είπε ο Welbanks. είπε σε δήλωση.

Για να είμαστε σαφείς, δεν είναι η πρώτη φορά που η JWST ανακαλύπτει ατμοσφαιρικό μεθάνιο. Για παράδειγμα, το παρατηρητήριο ανακάλυψε τέτοια μόρια γύρω από τον εξωπλανήτη K12-18b στις αρχές του τρέχοντος έτους.

Σχετίζεται με: Το τηλεσκόπιο Hubble ερευνά τον κοντινό εξωπλανήτη και ανακαλύπτει ότι έχει το μέγεθος της Γης

Μια βελόνα σε μια κοσμική θημωνιά

Το WASP-80 b έχει ταξινομηθεί ως «καυτός Δίας» επειδή δεν είναι τόσο κοντά στο μητρικό του αστέρι όσο οι λεγόμενοι θερμοί Δίας, αλλά εξακολουθεί να είναι πιο κοντά από τους λεγόμενους ψυχρούς Δίας. Ο αρχικός Δίας, ο μεγαλύτερος πλανήτης στο ηλιακό μας σύστημα και ο γίγαντας αερίων που δίνει το όνομά του σε αυτή την κατηγορία πλανητών, είναι τεχνικά ένας «κρύος Δίας».

Λόγω αυτής της σχετικής εγγύτητας, η διάκριση του WASP-80 b από τον κόκκινο νάνο αστέρα του δεν είναι εύκολη υπόθεση. Στην πραγματικότητα, είναι μέχρι τις δυνατότητες JWST $10 δισεκατομμυρίων. Είναι το ισοδύναμο με τον εντοπισμό μιας ανθρώπινης τρίχας από απόσταση 14,5 χιλιομέτρων.

Ευτυχώς, οι αστρονόμοι έχουν έναν τρόπο να αντιμετωπίσουν την πρόκληση. Βασικά περιμένουν το WASP-80 b να περάσει από την όψη του κόκκινου νάνου στον οποίο περιφέρεται και μετά να παρατηρήσουν ένα συλλογικό φάσμα που σχετίζεται με τον πλανήτη.

Επειδή τα χημικά στοιχεία και τα μόρια απορροφούν φως σε χαρακτηριστικά μήκη κύματος, κοιτάζοντας τα συνδυασμένα φάσματα και συγκρίνοντάς τα με τα μεμονωμένα φάσματα του άστρου αποκαλύπτονται διακριτά δακτυλικά αποτυπώματα συγκεκριμένων μορίων στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη.

“Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο διέλευσης, παρατηρήσαμε το σύστημα καθώς ο πλανήτης κινούνταν μπροστά από το αστέρι του από τη δική μας οπτική γωνία, με αποτέλεσμα το φως των αστεριών που βλέπουμε να χαμηλώνει λίγο. Είναι όπως όταν κάποιος περνά μπροστά από μια λάμπα και το φως χαμηλώνει.” είπε ο Γουέλμπανκς.

“Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου”, συνέχισε ο Welbanks, “ένας λεπτός δακτύλιος της ατμόσφαιρας του πλανήτη γύρω από το όριο ημέρας/νύχτας του πλανήτη φωτίζεται από το αστέρι και σε ορισμένα χρώματα φωτός όπου τα μόρια στην ατμόσφαιρα του πλανήτη απορροφούν φως, η ατμόσφαιρα φαίνεται πιο παχιά και μπλοκάρει περισσότερο το φως των αστεριών, προκαλώντας βαθύτερη εξασθένιση σε σύγκριση (με) άλλα μήκη κύματος όπου η ατμόσφαιρα φαίνεται διαφανής.

«Αυτή η μέθοδος βοηθά επιστήμονες σαν εμάς να καταλάβουν από τι αποτελείται η ατμόσφαιρα του πλανήτη, βλέποντας ποια χρώματα φωτός μπλοκάρονται», εξήγησε ο ερευνητής.

Όμως η ομάδα δεν σταμάτησε εκεί. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν επίσης μια άλλη μέθοδο για να μετρήσουν την ατμόσφαιρα του WASP-80 b.

Ένα διάγραμμα που δείχνει τα ατμοσφαιρικά φάσματα του WASP-80 b

Ένα διάγραμμα που δείχνει τα ατμοσφαιρικά φάσματα του WASP-80 b

Γίνεσαι όλο και πιο ζεστός… ενώ κυνηγάς μεθάνιο

Όπως όλοι οι πλανήτες, ο WASP-80 b εκπέμπει μέρος του φωτός του με τη μορφή θερμικής ακτινοβολίας. Τόσο η κατηγορία μήκους κύματος όσο και η ένταση αυτού του φωτός εξαρτώνται από τη θερμοκρασία του πλανήτη.

Αυτή η εγγύτητα του WASP-80 b με το άστρο του δίνει στον πλανήτη μια θερμοκρασία επιφάνειας 1.025 βαθμών Φαρενάιτ (552 βαθμούς Κελσίου). Αυτό συγκρίνεται με τις τυπικές θερμές θερμοκρασίες του Δία των 2.150 βαθμών Φαρενάιτ (1.177 βαθμούς Κελσίου) και τις θετικά παγωμένες θερμοκρασίες του Δία μας στους μείον 235 βαθμούς Φαρενάιτ (-148 βαθμούς Κελσίου).

Οι καυτοί, καυτοί Δίας είναι επίσης συνδεδεμένοι με τα αστέρια τους, που σημαίνει ότι έχουν πιο ζεστές μόνιμες «ημέρες» που είναι πάντα στραμμένες προς το αστέρι και πιο δροσερές μόνιμες «νύχτες» που πάντα κοιτούν προς το διάστημα.

Λίγο πριν το WASP-80 b εκλείψει το αστέρι του, η ημέρα του είναι στραμμένη προς τη Γη, πράγμα που σημαίνει ότι η μέτρηση της μείωσης του φωτός από το αστέρι κατά τη διάρκεια της έκλειψης αποκαλύπτει το υπέρυθρο φως που προέρχεται από τον πλανήτη ως αποτέλεσμα των εκπομπών του. Αυτό δίνει στους αστρονόμους «φάσματα έκλειψης» με μοτίβα απορρόφησης φωτός που συνδέονται με μόρια στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη. Αυτά τα μοτίβα εμφανίζονται ως μείωση του φωτός που εκπέμπεται από τον πλανήτη σε συγκεκριμένα μήκη κύματος.

Το καλύτερο και των δύο κόσμων

Ο συνδυασμός δεδομένων έκλειψης και διέλευσης επέτρεψε στην ομάδα να δει πόσο φως μπλοκάρεται και εκπέμπεται από την ατμόσφαιρα του WASP-80 b σε διαφορετικά μήκη κύματος. Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δύο διαφορετικά μοντέλα για να προσομοιώσουν πώς θα ήταν η ατμόσφαιρα ενός πλανήτη όπως ο WASP-80 b κάτω από τις ακραίες συνθήκες ενός θερμού Δία.

Ένα μοντέλο ήταν αυστηρό, λαμβάνοντας υπόψη την υπάρχουσα φυσική και χημεία για τον προσδιορισμό των επιπέδων μεθανίου και νερού που θα μπορούσαν να αναμένονται από έναν τέτοιο κόσμο. Το άλλο μοντέλο ήταν πιο ευέλικτο, δοκιμάζοντας εκατομμύρια διαφορετικούς συνδυασμούς αφθονίας μεθανίου και νερού και θερμοκρασιών για να βρει τη συνταγή που ταιριάζει καλύτερα στα δεδομένα. Η σύγκριση των δεδομένων διέλευσης και έκλειψης και με τα δύο μοντέλα οδήγησε την ομάδα στο ίδιο σαφές συμπέρασμα.

Σίγουρα ανίχνευσαν μεθάνιο στην ατμόσφαιρα του WASP-80 b.

«Πριν από το JWST, το μεθάνιο παρέμενε σε μεγάλο βαθμό μη ανιχνεύσιμο, παρά τις προσδοκίες ότι θα μπορούσε να είχε ανιχνευθεί με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble σε πλανήτες όπου θα έπρεπε να είναι άφθονο», εξήγησε ο Line. «Αυτή η έλλειψη ανιχνεύσεων έχει δημιουργήσει μια πλημμύρα ιδεών που κυμαίνονται από την εγγενή εξάντληση του άνθρακα έως τη φωτοχημική καταστροφή του και την βαθιά ανάμειξη αερίων με εξάντληση μεθανίου».

Το επόμενο βήμα είναι να διερευνήσουμε τι μπορεί να πει η χημική σύνθεση του WASP-80 b στους επιστήμονες για τα χαρακτηριστικά, την ιστορία σχηματισμού και την εξέλιξη του εξωπλανήτη σε σχέση με την αφθονία του μεθανίου και του νερού. Αυτές οι μελέτες θα επέτρεπαν επίσης στην ομάδα να συμπεράνει πράγματα όπως η αναλογία ατμοσφαιρικού άνθρακα προς οξυγόνο. Αυτή η αναλογία είναι κάτι που ποικίλλει ανάλογα με το πού ακριβώς σχηματίζεται ένας πλανήτης γύρω από ένα αστέρι. θα μπορούσε να αποκαλύψει εάν το WASP-80 b σχηματίστηκε εκεί που βρίσκεται τώρα ή αν γεννήθηκε πιο μακριά, πριν μεταναστεύσει προς το αστέρι του.

Σχετικές ιστορίες:

– Η επιφάνεια του εξωπλανήτη μπορεί να καλύπτεται από ωκεανούς, ανακάλυψε το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb

— Μερικοί εξωπλανήτες συρρικνώνονται. Να γιατί

– Το τηλεσκόπιο κυνηγιού εξωπλανητών της NASA κατασκοπεύει 8 «υπερ-Γαίες»

Η ομάδα θα συγκρίνει επίσης τις ατμόσφαιρες των καυτών Δία εκτός του Ηλιακού Συστήματος με αυτές των πλανητών που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο, αξιοποιώντας δείγματα και δεδομένα που έχουν συλλεχθεί από διαστημικές αποστολές που έχουν ήδη επισκεφτεί τον Δία και τον Κρόνο.

«Το μεθάνιο δεν είναι μόνο ένα σημαντικό αέριο για την παρακολούθηση της ατμοσφαιρικής σύνθεσης και της χημείας σε γιγάντιους πλανήτες, αλλά υποτίθεται επίσης ότι είναι, σε συνδυασμό με το οξυγόνο, μια πιθανή υπογραφή της βιολογίας», κατέληξε ο Welbanks. «Ένας από τους κύριους στόχους του Παρατηρητηρίου Habitable Worlds, της επόμενης ναυαρχίδας της NASA μετά το JWST και το Roman, είναι να αναζητήσει αέρια όπως το οξυγόνο και το μεθάνιο σε πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη γύρω από αστέρια που μοιάζουν με τον Ήλιο».

Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε στις 22 Νοεμβρίου στο περιοδικό Φύση.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *